DE10117224B4 - Process for the stabilization of haloaromatics - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Stabilisierung von Verbindungen, bei denen ein Halogenatom kovalent an ein Kohlenstoffatom eines aromatischen Systems gebunden ist (Halogenaromat), wobei der halogenhaltigen Verbindung zumindest eine Verbindung der Formel II beigegeben wird,wobei R1a ein Alkylrest mit 1-20 C-Atomen ist.A method for stabilizing compounds in which a halogen atom is covalently bonded to a carbon atom of an aromatic system (haloaromatic), wherein the halogen-containing compound is added at least one compound of formula II, wherein R1a is an alkyl group having 1-20 C atoms.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung halogenhaltiger Verbindungen.The invention relates to a method for stabilizing halogen-containing compounds.
Flüssigkristalle haben ein breites Anwendungsfeld gefunden, seitdem vor etwa 30 Jahren die ersten kommerziell anwendbaren flüssigkristallinen Verbindungen synthetisiert wurden. Bekannte Anwendungsgebiete sind insbesondere Anzeigedisplays für Uhren oder Taschenrechner oder große Anzeigetafeln, wie sie in Bahnhöfen, Flughäfen oder Sportarenen verwendet werden. Weitere Anwendungsgebiete sind Displays von tragbaren Computern oder Navigationssystemen sowie Videoapplikationen. Insbesondere für die zuletzt genannten Anwendungen werden hohe Anforderungen an Schaltzeiten und den Kontrast der Abbildungen gestellt.Liquid crystals have found wide application since about 30 years ago the first commercially available liquid crystalline compounds were synthesized. Known fields of application are in particular display displays for watches or pocket calculators or large display panels, such as those used in railway stations, airports or sports arenas. Further fields of application are displays of portable computers or navigation systems as well as video applications. Especially for the latter applications, high demands are placed on switching times and the contrast of the images.
Um für kommerzielle Anwendungen brauchbar zu sein, müssen die flüssigkristallinen Moleküle bestimmte Eigenschaften aufweisen. Um Geräte mit einem Flüssigkristalldisplay unter unterschiedlichen Klimabedingungen einsetzen zu können, müssen die Moleküle über einen möglichst großen Temperaturbereich, der im Bereich der Raumtemperatur liegt, eine stabile nematische Phase ausbilden. Die Verbindungen müssen also einen niedrigen Schmelzpunkt und einen hohen Klärpunkt besitzen. Um niedrige Schaltzeiten verwirklichen zu können, was z. B. für Videoapplikationen erforderlich ist, müssen die Moleküle eine niedrige Rotationsviskosität aufweisen. Unter dem Gesichtspunkt eines niedrigen Energiebedarfs wird eine niedrige Schwellenspannung gefordert, um beispielsweise Laptops mit kleineren und damit leichteren Akkus herstellen zu können. Für die Gestaltung des Displays, d. h. Kontrast- und Betrachtungswinkel, sind ferner die Doppelbrechungseigenschaften der Moleküle von Bedeutung. Um ein flimmerfreies Bild zu erhalten, müssen die Verbindungen weiter eine gute voltage holding ratio aufweisen.In order to be useful for commercial applications, the liquid crystalline molecules must have certain properties. In order to be able to use devices with a liquid crystal display under different climatic conditions, the molecules must form a stable nematic phase over as large a temperature range as possible, which is in the range of room temperature. The compounds must therefore have a low melting point and a high clearing point. In order to realize low switching times, which z. B. is required for video applications, the molecules must have a low rotational viscosity. From the point of view of a low energy requirement, a low threshold voltage is required in order, for example, to be able to produce laptops with smaller and therefore lighter batteries. For the design of the display, d. H. Contrast and viewing angle, the birefringence properties of the molecules are also important. In order to obtain a flicker-free image, the connections must continue to have a good voltage holding ratio.
Um alle diese Anforderungen erfüllen zu können, werden keine reinen Substanzen verwendet sondern Gemische, die meist 10 bis 40 unterschiedliche Komponenten umfassen. Erwünscht ist, daß sich die Eigenschaften des Displays während seiner Lebensdauer nicht oder nur geringfügig verändern. Neben verschiedenen anderen Faktoren wird die Lebensdauer auch von der Reinheit der Substanzen beeinflußt. Verunreinigungen können unter den im Display herrschenden Bedingungen eine elektrochemische Zersetzung der flüssigkristallinen Moleküle bewirken. Dadurch erniedrigt sich der extrem hohe elektrische Widerstand des flüssigkristallinen Mediums, wodurch sich die voltage holding ratio verschlechtert. Dies führt wiederum zu einer Verminderung des Kontrastes der Abbildung sowie zu einem Flimmern des Bildes. Die Herstellung hochreiner Substanzen wird bereits sehr gut beherrscht. Schwierigkeiten können sich jedoch durch eine Zersetzung von Komponenten des flüssigkristallinen Mediums über die Lebensdauer des Displays hinweg ergeben. Eine solche Zersetzungsreaktion ist beispielsweise die Abspaltung von Halogenwasserstoff aus den flüssigkristallinen Verbindungen.To meet all these requirements, no pure substances are used but mixtures, which usually comprise 10 to 40 different components. It is desirable that the properties of the display during its lifetime do not change or only slightly. In addition to various other factors, the lifetime is also influenced by the purity of the substances. Impurities can cause electrochemical decomposition of the liquid crystalline molecules under the conditions prevailing in the display. This lowers the extremely high electrical resistance of the liquid-crystalline medium, which deteriorates the voltage holding ratio. This in turn leads to a reduction of the contrast of the image as well as a flicker of the image. The production of high-purity substances is already very well controlled. However, difficulties may arise due to degradation of components of the liquid-crystalline medium throughout the life of the display. Such a decomposition reaction is, for example, the elimination of hydrogen halide from the liquid crystalline compounds.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die Lebensdauer von Flüssigkristallanzeigen verlängert werden kann.The object of the invention is therefore to provide a method with which the life of liquid crystal displays can be extended.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Stabilisierung halogenhaltiger Verbindungen, wobei der halogenhaltigen Verbindung zumindest eine Verbindung der Formel II beigegeben wird, wobei bedeutet:
R1a: ein Alkylrest mit 1-20 C-Atomen.This object is achieved by a method for stabilizing halogen-containing compounds, wherein the halogen-containing compound is added at least one compound of formula II, where:
R 1a : an alkyl radical having 1-20 C atoms.
Unter halogenhaltigen Verbindungen werden dabei Verbindungen verstanden, in denen ein Halogenatom, also Fluor, Chlor, Brom oder Iod, kovalent an ein Kohlenstoffatom gebunden ist.Halogen-containing compounds are compounds in which a halogen atom, ie fluorine, chlorine, bromine or iodine, is covalently bound to a carbon atom.
Besonders vorteilhaft eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisierung von Halogenaromaten. Unter Halogenaromaten werden Verbindungen verstanden, bei denen ein Halogenatom kovalent an ein Kohlenstoffatom eines aromatischen Systems gebunden ist. Das aromatische System kann dabei allein von sp2-hybridisierten Kohlenstoffatomen gebildet sein, wie auch Heteroatome, beispielsweise Stickstoff, Sauerstoff oder Schwefel enthalten. The process according to the invention is particularly advantageously suitable for the stabilization of haloaromatics. By haloaromatics are meant compounds in which a halogen atom is covalently bonded to a carbon atom of an aromatic system. The aromatic system may be formed solely by sp 2 -hybridized carbon atoms, as well as heteroatoms, for example nitrogen, oxygen or sulfur.
Besonders interessant ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die halogenhaltige Verbindung eine flüssigkristalline Verbindung ist. Es hat sich gezeigt, daß durch Zusatz von Verbindungen der Formel II zu halogenhaltigen flüssigkristallinen Medien eine Abspaltung von Halogenwasserstoff wirksam unterdrückt werden kann. Selbst bei höheren Temperaturen von mehr als 100°C konnte kein oder nahezu kein Halogenwasserstoff in den flüssigkristallinen Medien nachgewiesen werden, sofern diesen Verbindungen der Formel II zugesetzt worden waren.The method according to the invention is particularly interesting when the halogen-containing compound is a liquid-crystalline compound. It has been shown that by addition of compounds of formula II to halogen-containing liquid-crystalline media, a splitting off of hydrogen halide can be effectively suppressed. Even at higher temperatures of more than 100 ° C no or almost no hydrogen halide could be detected in the liquid-crystalline media, if these compounds of formula II had been added.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Verbindungen der Formel II selbst flüssigkristalline Eigenschaften aufweisen. In diesem Fall werden die Eigenschaften des flüssigkristallinen Mediums nur wenig beeinträchtigt.It is particularly advantageous if the compounds of the formula II themselves have liquid-crystalline properties. In this case, the properties of the liquid-crystalline medium are only slightly affected.
Wie bereits erwähnt wurde, eignen sich Verbindungen der Formel II besonders zur Stabilisierung von flüssigkristallinen Medien. Beschrieben wird auch ein flüssigkristallines Medium enthaltend zumindest einen flussigkristallinen Halogenaromat und zumindest eine Verbindung der Formel II, wobei zumindest eine flüssigkristalline Verbindung mindestens ein Fluor- oder Chloratom aufweist.As already mentioned, compounds of the formula II are particularly suitable for stabilizing liquid-crystalline media. Also described is a liquid-crystalline medium comprising at least one liquid-crystalline haloaromatic and at least one compound of the formula II, where at least one liquid-crystalline compound has at least one fluorine or chlorine atom.
Der Anteil der zumindest einen Verbindung der Formel II am flüssigkristallinen Medium beträgt dabei bezogen auf das Gewicht des flüssigkristallinen Mediums 0,01 bis 5%, vorzugsweise 0,01 bis 1%, insbesondere 0,05 bis 0,5%.The proportion of the at least one compound of the formula II in the liquid-crystalline medium is based on the weight of the liquid-crystalline medium 0.01 to 5%, preferably 0.01 to 1%, in particular 0.05 to 0.5%.
Als geeignet für das flüssigkristalline Medium hat sich erwiesen, wenn die zumindest eine flüssigkristalline Verbindung die Formel III aufweist
R2: eine Alkyl-, Alkenyl- oder Alkoxygruppe mit 1-20 Kohlenstoffatomen;
R3: -H, eine Alkyl-, Alkenyl- oder Alkoxygruppe mit 1-20 Kohlenstoffatomen, -CN, -NCS, -OCN, Halogen, insbesondere -F oder -Cl, -OCF3, -OCHF2;
A: eine Einfachbindung, cis- oder trans-1,4-Cyclohexylen, 1,4-Phenylen, 1,4-Cyclohex-3-enylen, wobei in diesen Gruppen auch 1, 2, 3 oder 4 H-Atome durch Fluor und/oder Chlor ersetzt sein können,
Z: eine Einfachbindung, -CH2-CH2, -HC=CH-, -C≡C-, -C(O)O-, -CF2O, -OCF2-, -CF2-CF2-,
m: 0, 1 oder 2.It has proved to be suitable for the liquid-crystalline medium if the at least one liquid-crystalline compound has the formula III
R 2 : an alkyl, alkenyl or alkoxy group having 1-20 carbon atoms;
R 3 is -H, an alkyl, alkenyl or alkoxy group having 1-20 carbon atoms, -CN, -NCS, -OCN, halogen, especially -F or -Cl, -OCF 3 , -OCHF 2 ;
A: a single bond, cis- or trans-1,4-cyclohexylene, 1,4-phenylene, 1,4-cyclohex-3-enylene, wherein in these groups also 1, 2, 3 or 4 H atoms by fluorine and / or chlorine can be replaced,
Z is a single bond, -CH 2 -CH 2 , -HC = CH-, -C≡C-, -C (O) O-, -CF 2 O, -OCF 2 -, -CF 2 -CF 2 -,
m: 0, 1 or 2.
Es wurde bereits erwähnt, daß der Zusatz von Verbindungen der Formel II zu flüssigkristallinen Medien eine erhöhte Stabilität des Mediums und damit auch eine erhöhte Lebensdauer bewirkt. Beschrieben wird auch ein flüssigkristallines Element, enthaltend ein vorstehend beschriebenes flüssigkristallines Medium. Diese flüssigkristallinen Elemente kommen beispielsweise als Display in tragbaren Computern zum Einsatz und ermöglichen damit eine Verlängerung der Lebensdauer derartiger Geräte.It has already been mentioned that the addition of compounds of the formula II to liquid-crystalline media brings about increased stability of the medium and thus also an increased service life. Also described is a liquid-crystalline element containing a liquid-crystalline medium described above. These liquid crystal elements are used, for example, as a display in portable computers and thus allow an extension of the life of such devices.
Die Erfindung wird anhand von Beispielen genauer erläutert.The invention will be explained in more detail by way of examples.
Allgemeine Versuchsvorschrift:General test procedure:
Jeweils 1 g der unten angegebenen Verbindung wurden in einem verschlossenen 1-I-Kolben auf 120°C erhitzt. Nach den angegebenen Zeiten wurde der Kolben jeweils auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Dann wurde der Kolben geöffnet und der Luftraum über der Probe mit einem Gasspürgerät auf Fluorwasserstoff untersucht. Eine positive Anzeige des Gasspürgerätes zeigt an, daß mehr als 15 ppm HF im Gasraum vorhanden sind. Außerdem wurde der Gehalt der ursprünglich eingesetzten flüssigkristallinen Verbindung in der Probe jeweils gaschromatographisch bestimmt.In each case 1 g of the compound indicated below were heated to 120 ° C. in a sealed 1 l flask. After the indicated times, the flask was allowed to cool to room temperature. Then the flask was opened and the headspace over the sample was examined with a gas detector for hydrogen fluoride. A positive display of the gas detector indicates that more than 15 ppm HF is present in the gas space. In addition, the content of the originally used liquid crystalline compound in the sample was determined by gas chromatography.
Die Versuche mit den unten gezeigten flüssigkristallinen Verbindungen wurden parallel jeweils mit und ohne Zusatz von Stabilisator durchgeführt. Das als Stabilisator verwendete Di-tert.-butylphenol wies die unten gezeigte Formel IV auf.The experiments with the liquid crystalline compounds shown below were carried out in parallel with and without addition of stabilizer. The di-tert-butylphenol used as the stabilizer had Formula IV shown below.
Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 1 Stabilität von flüssigkristallinen Verbindungen mit und ohne Zusatz von Stabilisator The results of the experiments are summarized in Table 1. Table 1 Stability of liquid crystalline compounds with and without addition of stabilizer
Aus den durchgeführten Versuchen ergibt sich, daß bei Zusatz des erfindungsgemäßen Stabilisators auch bei einem Erhitzen auf 120°C für 72 Stunden kein Fluorwasserstoff in der Gasphase nachzuweisen ist. Die Bestimmung durch Gaschromatographie zeigt, daß die flüssigkristallinen Verbindungen unzersetzt erhalten bleiben. Im Gegensatz dazu ist bei den unstabilisierten Verbindungen bereits nach kurzer Zeit Fluorwasserstoff im Gasraum nachweisbar und eine gaschromatographische Bestimmung ergibt eine erhebliche Zersetzung der flüssigkristallinen Verbindungen.From the experiments carried out it follows that with the addition of the stabilizer according to the invention even when heated to 120 ° C for 72 hours, no hydrogen fluoride is to be detected in the gas phase. The determination by gas chromatography shows that the liquid crystalline compounds remain undecomposed. In contrast, in the case of the unstabilized compounds, hydrogen fluoride can already be detected in the gas space after a short time, and a gas chromatographic determination results in a considerable decomposition of the liquid-crystalline compounds.
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